caracterização geológico-geotécnica de solos para aplicação em … · according to standard...

Caracterização

geológico-geotécnica

de solos para aplicação

em obra de reabilitação

de via ferroviária

Tuany Alessandra Rodrigues

Mestrado em Geologia

Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território

2019

Orientador:

Jorge Espinha Marques, Departamento de Geociências, Ambiente e

Ordenamento do Território da Faculdade de Ciências da Universidade do

Porto

Coorientadores:

Joana Ribeiro, Departamento de Ciências da Terra da Faculdade de

Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Eng.ª Cristina Alves Ribeiro, Senqual

Todas as correções determinadas

pelo júri, e só essas, foram efetuadas.

O Presidente do Júri,

Porto, ______/______/_________

“Troque suas folhas, mas não perca suas raízes.

Mude de opinião, mas não perca seus princípios.”

[Victor Hugo]

FCUP Caracterização geológico-geotécnica de solos para aplicação em obra de reabilitação de via ferroviária

iv

AGRADECIMENTOS

A Deus.

Agradeço a minha mãe, que me ensinou a importância de sonhar e a ser uma

pessoa íntegra, com caráter, humildade, coragem e dignidade para enfrentar a vida. Uma

mãe que me deixou livre para seguir minhas escolhas e não mediu esforços para que elas

acontecessem, mesmo com toda a distância e saudade.

Agradeço ao meu pai, que me ensinou os valores que se deve ter na vida. Que do

seu jeito calado, demonstrava sua alegria a cada etapa que eu vencia, fazendo sempre o

impossível para suprir todas as minhas necessidades. Que da sua maneira me motivou a

batalhar e chegar aonde cheguei, com os pés no chão.

Ao Bruno, por me acompanhar nesta caminhada e estar da maneira mais linda me

apoiando a ir atrás dos meus objetivos.

Um agradecimento especial a Professora Joana, por toda orientação e

aprendizagem. Que partilhou comigo as suas ideias, conhecimento e experiência. Quero

expressar a minha admiração pela sua competência profissional e pela forma como

conduziu a minha orientação.

A empresa Senqual e toda sua equipe pela oportunidade da realização de um

estágio e por todo conhecimento e experiência a mim transmitido.

A todos os professores que dedicaram o seu tempo e sua sabedoria para que minha

formação acadêmica fosse mais um aprendizado de vida.

Aos amigos que Portugal me proporcionou, portugueses, brasileiros e tchecos, com

certeza vocês foram essenciais, se tornaram parte da minha família.


v

RESUMO

A caracterização dos solos é de suma importância na geotecnia para o uso

adequado do mesmo em diferentes tipos de aplicações, como é o caso de infraestruturas

lineares. Esta caracterização deve ser feita através de ensaios em laboratórios e também

in situ. Todos os ensaios devem ser realizados de acordo com procedimentos

normalizados. O objetivo deste Relatório de Estágio Curricular é a caracterização

geológico-geotécnica de solos para aplicação em obra de reabilitação ferroviária. O estudo

de caso corresponde a um troço da Linha do Minho entre Viana do Castelo e Valença.

Foram caracterizados seis diferentes solos da região do Minho, através dos seguintes

ensaios em laboratório: análise granulométrica por peneiração húmida, determinação do

valor de azul metileno, equivalente de areia, limites de consistência, ensaio de

compactação Proctor e ensaio Californiano de Capacidade de Carga (CBR). Após a

caracterização laboratorial, os solos foram classificados de acordo com as Classificações

Textural, Unificada e Rodoviária. De acordo com o caderno de encargos da obra, e com

base nos resultados obtidos na caracterização dos solos, verificou-se que apenas dois

solos dos solos analisados apresentaram possibilidade de aplicação em obra. Depois da

aplicação desses solos em obra, utilizou-se o método de controlo de compactação com

gamadensímetro para verificar a conformidade em relação aos resultados obtidos em

laboratório e ao grau de compactação. Por fim, concluiu-se que a caracterização dos solos

através dos ensaios laboratoriais ocorre de forma satisfatória, sendo comprovadas por

meio de ensaios realizados in situ.

Palavras-chave: solos para aterro, caraterização geológico-geotécnica; ensaios

laboratoriais; ensaios in situ; classificação de solos.


vi

ABSTRACT

Soils characterization is of great importance in geotechnics for their proper use in

different types of applications, as is the case of linear infrastructures. This characterization

should be done through laboratorial and in situ tests. All processes should be performed

according to standard procedures. The objective of this Internship Report is the geological-

geotechnical characterization of soils for application in a railway rehabilitation project. The

case study corresponds to a section of the Minho Line, between Viana do Castelo and

Valença. Six different soil from Minho region were characterized through the following

laboratorial tests: particle size analysis by wet sieving, determination of the methylene blue

value, sand equivalent, consistency limits, Proctor compaction test, California Bearing Ratio

(CBR). After the laboratorial characterization, the soils were classified according to the

Textural Classification, Unified Soil Classification System and and American Association of

State Highway and Transportation Classification. According to the specifications of the

project, and based on the results obtained in the characterization of the soils, it was verified

that only two of the analyzed soils present the possibility of application. After application of

these soils on the site, the compaction control method was used with a densimeter range

to verify the compliance of the results obtained in the laboratory and the degree of

compaction. Finally, it was concluded that the characterization of the soils through the

laboratory tests occurs adequately, being verified by means of tests performed in situ.

Keywords: soils for landfill, geological-geotechnical characterization; laboratorial

testing; in situ testing; soil classification.


vii

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO............................................................................................................1

1.1 ENQUADRAMENTO............................................................................................1

1.2 CONCEITOS TEÓRICOS ....................................................................................2

1.1.1 SOLOS .........................................................................................................2

1.1.2 CLASSIFICAÇÕES DE SOLOS ....................................................................3

1.1.2.1 Classificação Textural ...................................................................................4

1.1.2.2 Sistema Unificado de Classificação de Solos ...............................................5

1.1.2.3 Sistema de Classificação Para Fins Rodoviários ..........................................7

1.1.3 PROJETOS DE ATERROS PARA INFRAESTRUTURAS LINEARES ..........9

2. CASO DE ESTUDO ..................................................................................................10

2.1 ENQUADRAMENTO DA OBRA .........................................................................10

2.2 ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO DAS MANCHAS DE EMPRÉSTIMO ..........11

2.2.1 MANCHA DE EMPRÉSTIMO 1 ..................................................................12






2.3 ESPECIFICAÇÕES DO CADERNO DE ENCARGOS .......................................18

2.3.1 CONSTITUIÇÃO DOS ATERROS ..............................................................18

2.3.1.1 Solos para o Aterro .....................................................................................19

2.3.2 CONSTITUIÇÃO DOS BLOCOS TÉCNICOS .............................................21

2.3.2.1 Materiais Para o Bloco Técnico ..................................................................22

2.3.3 PREPARAÇÃO, TRANSPORTE, ESPALHAMENTO E COMPACTAÇÃO ..24

2.4 AMOSTRAGEM .................................................................................................25

2.5 ENSAIOS EM LABORATÓRIO ..........................................................................25

2.5.1 DETERMINAÇAO DO VALOR DE AZUL DE METILENO ...........................25

2.5.2 EQUIVALENTE DE AREIA .........................................................................28

2.5.3 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAÇÃO HÚMIDA ..................29

2.5.4 LIMITES DE CONSISTÊNCIA ....................................................................30


viii

2.5.5 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR .................................................31

2.5.6 ENSAIO CALIFORNIANO DE CAPACIDADE DE CARGA (CBR) ..............33

2.6 ENSAIO DE CONFORMIDADE (IN SITU) .........................................................34

2.7 RESULTADOS ..................................................................................................36

2.7.1 ENSAIOS EM LABORATÓRIO ...................................................................36

2.7.2 ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO EM OBRA ...................................................43

2.7.2.1 Controlo de Compactação em Aterro da Linha Férrea ............................44

2.7.2.2 Controlo de Compactação em Edifício Técnico ..........................................45

2.7.2.3 Controlo de Compactação em Bloco Técnico ..........................................47

3. CONCLUSÕES.........................................................................................................49

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................50

ANEXOS


ix

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Diagrama Triangular de Feret (Fernandes, 1994). .............................................4

Figura 2. Carta de Plasticidade de Casagrande (Fernandes, 1994). .................................7

Figura 3. Mapa de localização do troço Viana do Castelo - Valença na linha do Minho. .10

Figura 4. Mapa de localização das manchas de empréstimo. .........................................11

Figura 5. Mapa geológico e pedológico da mancha de empréstimo 1. Imagem do solo in

situ obtida em 06/04/2019. ...............................................................................................12

Figura 6. Mapa geológico e pedológico da mancha de empréstimo 2. Imagem obtida em

06/04/2019. ......................................................................................................................13


06/04/2019. ......................................................................................................................14

Figura 8. Mapa geológico e pedológico da mancha de empréstimo 4. ............................15


08/11/2018. ......................................................................................................................16


08/11/2018. ......................................................................................................................17

Figura 11. Estrutura ferroviária com um aterro zonado (Caderno de Encargos, 2017). ...18

Figura 12. Estrutura ferroviária com um aterro homogéneo (Caderno de Encargos, 2017).

........................................................................................................................................19

Figura 13. Projeto do Bloco Técnico e materiais a serem utilizados (Caderno de Encargos,

2017). ..............................................................................................................................22

Figura 14. Recolha das amostras. A) Amostra 5 - recolha através de pá e armazenamento

em balde. B) Amostra 6 -recolha através de retroescavadora. C) Recolha através de pá e

armazenamento em sacos. ..............................................................................................25

Figura 15. Equipamentos utilizados para o ensaio de azul de metileno. A) Bureta para

dosagem. .........................................................................................................................26

Figura 16. Análise de azul de metileno da Amostra 5. Nos pontos 5-1, 5-2 e 5-3 não

aparece a auréola azulada. O ponto de viragem está entre 5-3 e 10-1. ...........................27

Figura 17. Realização do ensaio de equivalente de areia. ..............................................28

Figura 18. Peneiração húmida através da lavagem de jato no peneiro 0,074 mm. ..........29

Figura 19. Ensaio de limites de liquidez. A) Material nivelado com espessura máxima de 1

cm e B) sulco aberto através do riscador. ........................................................................30

Figura 20. Ensaio de limites de plasticidade. Amostra 5 - não plástica............................31


x

Figura 21. Ensaio de compactação Proctor. A) Equipamento de compactação. B) Ensaio

sendo realizado em molde grande. ..................................................................................32

Figura 22. Determinação das propriedades expansivas do material em molde grande com

defletómetro. ....................................................................................................................33

Figura 23. Gamadensímetros de transmissão direta e indireta. Fonte:

http://www.troxlerlabs.com. ..............................................................................................34

Figura 24. Gamadensímetro Troxler utilizado no controlo de compactação em obra.

Imagem obtida em 15/03/2019.........................................................................................35

Figura 25. Curvas granulométricas dos solos analisados. ...............................................38

Figura 26. Classificação textural dos solos (adaptado de Fernandes (1994)). .................39

Figura 27. Esquema representativo do controlo de compactação no trecho entre o PK

89+750 e o PK 89+650. ...................................................................................................44

Figura 28. Compactação da primeira camada para verificação. Imagem obtida em

02/02/2019. ......................................................................................................................44

Figura 29. Esquema representativo dos ensaios realizados no edifício técnico. .............46

Figura 30. Compactação no edifício técnico, solo da mancha de empréstimo 2. Imagem

obtida em 07/12/2019. .....................................................................................................46

Figura 31. Aplicação e controlo do agregado-cimento no Bloco Técnico. Imagens obtidas

em 15/03/2019. ................................................................................................................47


xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Classificação Unificada de Solos - ASTM D 2487-85 (Fernandes, 1994). ..........5

Tabela 2. Classificação Unificada de Solos - ASTM D 2487-85 (Fernandes, 1994)

(continuação). ....................................................................................................................6

Tabela 3. Adequabilidade dos grupos da Classificação Unificada (modificada de

Fernandes, 1994)...............................................................................................................7

Tabela 4. Classificação Para Fins Rodoviários HRB (LNEC E 240-1970)..........................8

Tabela 5. Solos coerentes e incoerentes. ........................................................................19

Tabela 6. Classificação de solos e aplicabilidade em aterros zonados (Caderno de

Encargos, 2017). .............................................................................................................20

Tabela 7. Classificação de solos e aplicabilidade em aterros homogéneos (Caderno de

Encargos, (2017). ............................................................................................................21

Tabela 8. Granulometria necessária para agregados na mistura agregado-cimento

(Caderno de Encargos, 2017)). ........................................................................................23

Tabela 9. Parâmetros mínimos para o controlo de compactação em função do tipo de solo

(Caderno de Encargos, 2017). .........................................................................................24

Tabela 10. Resultados dos ensaios realizados em laboratório e classificação dos solos.37

Tabela 11. Percentagem das frações granulométricas das amostras ensaiadas. ............38

Tabela 12. Resultados de Proctor com respetivas curvas de compactação e CBR. ........41

Tabela 13. Resultados e curvas dos ensaios CBR. .........................................................42

Tabela 14. Síntese dos resultados apresentados para as 6 amostras. ............................43

Tabela 15. Resultados médios da baridade húmida, baridade seca e do teor em água por

camada - aterro homogéneo. ...........................................................................................45

Tabela 16. Resultados do grau de compactação do solo - aterro homogéneo. ................45

Tabela 17. Resultados médios da baridade húmida e seca e do teor em água por camada

- Edifício Técnico. ............................................................................................................46

Tabela 18. Resultados do grau de compactação do solo - Edifício Técnico.....................47

Tabela 19. Resultados médios da baridade húmida e seca e do teor em água por camada

- Bloco Técnico. ...............................................................................................................48

Tabela 20. Resultados do grau de compactação do agregado-cimento - Bloco Técnico. 48


1

1. INTRODUÇÃO

Os estudos geológicos têm grande importância na área da construção civil,

levando-se sempre em consideração que a geologia e a engenharia deverão trabalhar

em conjunto (Vallejo et al., 2002). Uma construção feita com os melhores materiais só

terá êxito se estiver assente ou fundada num local com as condições de segurança

necessárias, e que não apresente qualquer vulnerabilidade à construção. Segundo Das

(2007) a engenharia geotécnica é a ciência que inclui os princípios de mecânica dos solos

e da mecânica das rochas ao projeto de fundações, estruturas de contenção e estruturas

de terra.

A caracterização dos solos é de suma importância na geotecnia e pode ser feita

através de ensaios de campo e ensaios laboratoriais. De acordo com Fernandes (1994),

ensaios de campo costumam apresentar uma maior representatividade da área e maior

celeridade para a obtenção de resultados. Os ensaios laboratoriais são mais demorados

e poderão não apresentar a melhor representatividade da área de estudo. Contudo, os

estudos laboratoriais são mais detalhados e caracterizam o comportamento do solo,

tornando-se essenciais no dimensionamento das obras geotécnicas. Dessa maneira, é

fundamental caracterizar os solos através da associação de ensaios em campo e

laboratoriais antes do uso dos solos, bem como, verificar se o que está sendo aplicado

em obra está de acordo com os resultados esperados e/ou necessários.

1.1 ENQUADRAMENTO

O presente relatório resulta do estágio curricular desenvolvido no âmbito da

Unidade Curricular do Mestrado em Geologia, da Faculdade de Ciências da Universidade

do Porto. O estágio curricular decorreu na empresa SENQUAL, com uma duração de 06

meses, compreendidos entre novembro de 2018 e abril de 2019.

A SENQUAL é uma empresa que presta serviços de consultoria e controlo de

qualidade no âmbito da indústria da construção civil e obras públicas. Dentro do âmbito

de atividades da empresa destacam-se: controlo da qualidade global em obras públicas

e de construção civil; controlo de terraplenagens e pavimentos (ensaios de caracterização

de solos, tout-venants, agregados, misturas betuminosas); controlo de betões; peritagens

e pareceres técnico-económicos; apoio técnico e logístico a empresas de fiscalização e

donos de obras; formação técnica nas áreas de intervenção; e auditorias internas e


2

consultoria no âmbito da marcação CE de agregados e da certificação da produção de

betões.

O objetivo principal deste trabalho é identificar e analisar diferentes características

de diversos solos para seleção e potencial utilização na reabilitação de uma linha

ferroviária, através de técnicas laboratoriais. Pretende-se ainda verificar sua

conformidade após aplicação através de ensaios in situ.

A concretização deste trabalho permitirá a aquisição de conhecimentos sobre as

normas e técnicas utilizadas para caracterização de solos através de ensaios de

laboratório e in situ. Possibilitará, ainda, consolidar e adquirir os conhecimentos em

geotecnia aplicada a obras de vias de comunicação. A realização do estágio tem também

como objetivo, não menos importante, a inserção em contexto empresarial. É importante

compreender como uma empresa intervém na resolução de problemas de cunho

geotécnico, como ela organiza seus dados e apresenta soluções.

Além de todas as atividades desenvolvidas e aprendizagem para obter os

resultados que cumprissem o objetivo principal deste trabalho, efetuou-se o

acompanhamento de diversos outros ensaios laboratoriais nas áreas de engenharia civil,

geologia e geotecnia. Dentre eles, destacam-se: ensaios de flexão, resistência a

compressão e retração em betões; ensaios químicos para determinação de sais de

cloreto, conteúdo de matéria orgânica, sulfato de magnésio e reatividade do hidróxido de

cálcio em granitos; ensaios em agregados, como análise granulométrica, índice de

achatamento e forma, micro-Deval e Los Angeles; ensaios de permeabilidade com

permeâmetro de carga constante e variável em solos.

1.2 CONCEITOS TEÓRICOS

1.1.1 SOLOS

O termo solo tem origem do latim, da palavra herdada “solum”. No português

clássico é definido como a superfície do chão. Porém, a palavra solo apresenta diferentes

conceitos, adquirindo diferentes significados de acordo com a finalidade. Existem três

principais áreas onde a palavra solo é discutida: agronomia, geologia e engenharia.

Na agronomia, solo é definido como a camada de terra que suporta as raízes das

plantas, normalmente com poucos metros de espessura e é a camada de terra tratável.

Pode ser definido também como a camada mais superficial da crosta terrestre onde se

desenvolvem as plantas e crescem os animais.


3

Em geologia, solo é definido como produto do intemperismo físico e químico das

rochas, situado na parte superficial do manto do intemperismo. Constitui-se de material

rochoso decomposto (DNIT, 2006).

Para fins de engenharia, solo é considerado todo material da crosta terrestre que

não oferece resistência intransponível à escavação mecânica e que perdesse totalmente

toda resistência, quando em contato prolongado com a água (DNIT, 2006). Villibor et al

(2009) também define solo em engenharia, como materiais naturais não consolidados,

constituídos de grãos separáveis por processos mecânicos e hidráulicos, de fácil

dispersão em água e que podem ser escavados com equipamentos comuns de

terraplenagem. Aplica-se este termo a materiais da crosta terrestre que servem de

suporte em obras, reagem sob fundações, deformam-se e resistem a esforços nos aterros

e taludes, influenciando as obras segundo suas propriedades e comportamentos (Vargas,

1977)

De acordo com Chiossi (2013), o conceito de solo para os engenheiros difere um

pouco do conceito geológico, uma vez que, para eles, o termo inclui todo o tipo de material

inorgânico ou orgânico não consolidado ou parcialmente cimentado encontrado na

superfície da Terra, materiais estes em geologia considerados como rocha sedimentar ou

sedimentos. Também, segundo Krynine e Judd (1980), a definição de solos em geologia

falha na engenharia por não considerar os materiais que não sofreram meteorização e

posterior transporte.

De acordo com a origem dos seus constituintes, os solos podem ser classificados

segundo dois grandes grupos. Os solos residuais consistem em produtos de rochas

meteorizadas que ainda permanecem no local onde se deu a transformação. A

composição destes solos depende do tipo e da composição mineralógica da rocha original

que lhe deu origem. Os solos transportados são produtos de rochas que foram

transportados por um agente para um local diferente ao da transformação (Chiossi, 2013).

1.1.2 CLASSIFICAÇÕES DE SOLOS

Sistemas de classificação de solos partem de conhecimentos qualitativos e

quantitativos sobre as suas características. Existem inúmeros sistemas de classificação

de solos, com diferentes aplicabilidades, e que podem dar resposta ao uso de solos em

vários campos da geotecnia. Os sistemas de classificação de solos a utilizar devem ser

selecionados, tendo em conta o fim para o qual foram propostos. Estes sistemas são

baseados em índices e podem servir de mecanismo para definir uma nomenclatura


4

padrão aos solos. Na engenharia, o principal objetivo destas, é estimar o provável

comportamento dos solos e/ou orientar a investigação necessária (Pinto, 2006).

Em seguida serão apresentados três sistemas de classificações do solo

amplamente utilizados, e comumente designadas de classificação textural, classificação

unificada de solos e classificação para fins rodoviários.

1.1.2.1 Classificação Textural

A classificação textural é muito utilizada na classificação de solos em engenharia

rodoviária e em pedologia. Um solo é formado por materiais minerais e orgânicos de com

partículas de dimensões variadas. De acordo com Lemos & Santos (1996), o termo

textura refere-se à proporção relativa das diferentes frações granulométricas que

compõem a massa de um solo.

A classificação textural pode ser feita através das curvas granulométricas obtidas

em laboratório e também através de diagramas triangulares. Como exemplo, o Diagrama

de Feret (Figura 1), que permite a classificação textural dos solos considerando as

percentagens das frações areia (2 e 0,05 mm), silte (0,05 e 0,002 mm) e argila (menor

que 0,002 mm).

Esta classificação não apresenta valor geotécnico, pois está baseada apenas na

distribuição granulométrica dos solos, não levando em consideração a plasticidade, que

apresenta grande importância na resistência, compressibilidade e permeabilidade dos

solos (Almeida, 2005).

Figura 1. Diagrama Triangular de Feret (Fernandes, 1994).


5

1.1.2.2 Sistema Unificado de Classificação de Solos

O Sistema Unificado de Classificação dos Solos (SUCS) foi idealizado por

Casagrande em 1942 para construção de aeroportos durante a Segunda Guerra Mundial.

Posteriormente, foi adaptado pelas agências americanas, a fim de permitir uma

classificação sistemática (Almeida, 2005), sendo normalizada pela ASTM D 2487-85.

No SUCS os solos são divididos em seis grupos: cascalho (G), areias (S), siltes

inorgânicas e areias finas (M), argilas inorgânicas (C) e siltes e argilas orgânicos (O).

Estas simbologias apresentadas serão seguidas pelos sufixos dos subgrupos de acordo

com as propriedades mais significativas, a depender da quantidade do teor em finos,

plasticidade, entre outros. A classificação está apresentada na Tabela 1 e na Tabela 2 e

para utilizá-la é necessário percorrer a tabela da esquerda para a direita e de cima para

baixo.

Para esta classificação, são necessários dados de granulometria e os limites de

plasticidade do solo. A granulometria começa a classificar os materiais de acordo com a

quantidade de materiais retidos e passados nos peneiros nº 4, nº 10 e nº 200. Para os

solos finos, é necessário projetar os valores obtidos através dos limites de consistência

na Carta de Plasticidade de Casagrande.

Tabela 1. Classificação Unificada de Solos - ASTM D 2487-85 (Fernandes, 1994).


6

Tabela 2. Classificação Unificada de Solos - ASTM D 2487-85 (Fernandes, 1994) (continuação).

A Carta de Plasticidade de Casagrande (Figura 2) relaciona o Índice de

Plasticidade e o limite de liquidez de um solo. A Linha U corresponde a resultados

irrealistas, neste caso, o ensaio deverá ser repetido.


7

Figura 2. Carta de Plasticidade de Casagrande (Fernandes, 1994).

Através do SUCS é possível identificar quais os solos que poderão apresentar as

características necessárias para determinada obra ou aplicação. Fernandes (1994)

apresenta uma tabela (Tabela 3) onde resume algumas das propriedades importantes

dos solos após a compactação em aterros a partir dos grupos da Classificação Unificada.

Tabela 3. Adequabilidade dos grupos da Classificação Unificada (modificada de Fernandes, 1994).

1.1.2.3 Sistema de Classificação Para Fins Rodoviários

O Sistema de Classificação Para Fins Rodoviários (HRB - Highway Research

Board) é utilizado na engenharia rodoviária em todo o mundo com o objetivo de analisar

GW Permeável Excelente Desprezável Excelente

GP Muito permeável Boa Desprezável Boa

GM Semipermeável a impermeável Boa Desprezável Boa

GC Impermeável Boa a razoável Muito Baixa Boa

SW Permeável Excelente Desprezável Excelente

SP Permeável Boa Muito Baixa Razoável

SM Semipermeável a impermeável Boa Baixa Razoável

SC Impermeável Boa a razoável Baixa Boa

ML Semipermeável a impermeável Razoável Média Razoável

CL Impermeável Razoável Média Boa a razoável

OL Semipermeável a impermeável Fraca Média Razoável

MH Semipermeável a impermeável Razoável Alta Fraca

CH Impermeável Fraca Alta Fraca

OH Impermeável Fraca Alta Fraca

Pt - - - -

SÍMBOL

O DO

GRUPO

PROPRIEDADES IMPORTANTES

PERMEABILIDADE QUANDO

COMPACTADO

RESISTÊNCIA AO

CORTE QUANDO

COMPACTADO E

SATURADO

COMPRESSIBILIDADE

QUANDO

COMPACTADO E

SATURADO

TRABALHABILIDADE

COMO MATERIAL DE

CONSTRUÇÃO


8

materiais para a base e sub-base de pavimentos. Foi proposto pelo Bureau of Public

Roads, revisto pelo HRB (1945) e normalizado pela AASHTO M145 (1973). A norma

utilizada como referência é a LNEC E 240-1970.

Este sistema classifica os solos em oito grupos, sendo três deles solos granulares

(A-1, A-2 e A-3), quatro grupos de solos finos (A-4, A-5, A-6 e A-7) e um grupo de solos

orgânicos (A-8). Esta classificação baseia-se na granulometria, no limite de liquidez e no

índice de plasticidade dos solos. A classificação é feita através da Tabela 4 e do Índice

de Grupo.

Tabela 4. Classificação Para Fins Rodoviários HRB (LNEC E 240-1970).

O Índice de Grupo (IG) foi deduzido a partir de observações do comportamento

de solos em estradas e é calculado através da fórmula abaixo. O IG varia de 0 a 20.

Quanto mais próximo for o IG de 0 maior sua capacidade de suporte, e quanto mais

próximo de 20 pior sua capacidade de suporte.

𝐼𝐺 = 0,2𝑎 + 0,005𝑎𝑐 + 0,01𝑏𝑑

Onde:

a - Diferença entre o valor da percentagem de material que passa no peneiro 0,074mm

(nº 200) ASTM e 35; adotar-se-á a=40 se aquela percentagem for maior que 75 e a=0 se

for menor que 35.

b – Diferença entre o valor da percentagem do material que passa no peneiro 0,074mm

(nº 200) ASTM e 15; adotar-se-á b=40 se aquela percentagem for maior que 55 e b=0 se

for menor que 15.


9

c – Diferença entre o valor do limite de liquidez e 40; porém, adotar-se-á c=20 se aquele

limite for maior que 60 e c=0 se for menor que 40.

d – Diferença entre o valor do Índice de Plasticidade e 10; porém, adotar-se-á d=20 se

aquele índice for maior que 30 e d=0 se for menor que 10.

1.1.3 PROJETOS DE ATERROS PARA

INFRAESTRUTURAS LINEARES

Infraestruturas lineares correspondem a rodovias e ferrovias. Estas são de

extrema importância para o desenvolvimento socioeconómico de qualquer país. As

rodovias e ferrovias conectam pessoas, transportam mercadorias, facilitam a vida dos

seres humanos. De acordo com a Infraestruturas de Portugal, em Portugal existem

atualmente 17.874 km de rodovias e 2.562 km de ferrovias (Infraestruturas de Portugal).

A construção destas infraestruturas lineares corresponde a uma junção de

estruturas que sustentam as estradas pelas quais os meios de transporte passam. Estas

estruturas podem ser construídas por materiais soltos, sujeitos a compactação, a fim de

se obter um produto resistente e pouco deformável (Vallejo, 2002). De acordo com Vallejo

(2002), os aterros são compostos por camadas de solos compactadas sucessivamente,

com tamanhos máximos normalmente inferiores a 100-150mm e com baixo teor em finos.

Um projeto de estruturas terrestres deve considerar vários aspetos, são citados

abaixo algumas das etapas importantes para projetos de estruturas terrestres descritas

por Vallejo (2002).

Conhecer os tipos de materiais existentes na área, localização e volume,

informação geológica, geotécnica e topográfica adequada;

Ajustar, tanto quanto possível, os materiais disponíveis e os requisitos das

especificações técnicas. Isso pode levar a alguns materiais não serem aceitos;

Estabelecer dispositivos de drenagem internos e externos adequadamente;

Estabelecer critérios de compactação apropriados para obter um produto com

deformabilidade mínima e durabilidade aceitável.


10

2. CASO DE ESTUDO

O presente capítulo é dedicado a caracterização de seis diferentes solos para

possível utilização na reabilitação e modernização de um troço da Linha do Minho,

compreendido desde Viana do Castelo até a estação fronteiriça de Valença.

2.1 ENQUADRAMENTO DA OBRA

O troço da Linha do Minho entre Porto e Valença começou a ser construído no início

da década de 1870 (Pereira, 2011). A Linha do Minho faz parte de uma ligação

transfronteiriça de carácter estratégico para o país, em particular para a região norte de

Portugal, já que serve de suporte aos movimentos de mercadorias e passageiros que

apresentam como destino a Espanha.

O caso de estudo compreende uma parte do troço entre Viana do Castelo e

Valença, com cerca de 48 km (Figura 3). Nesta área serão construídas novas

subestações, intervenções em túneis e pontes, instalação de sistemas de

telecomunicações, bem como a construção de uma segunda via para permitir o

cruzamento de comboios e a construção de uma estação técnica.

Figura 3. Mapa de localização do troço Viana do Castelo - Valença na linha do Minho.


11

A construtora da ferrovia selecionou 6 amostras, provenientes de manchas de

empréstimo para recolha e caracterização dos solos, para possível utilização em obra.

Todas as manchas localizam-se no norte de Portugal, no Distrito de Viana do Castelo,

sendo uma pertencente ao Concelho de Vila Nova de Cerveira, quatro ao Concelho de

Viana do Castelo e uma ao Concelho de Ponte de Lima (Figura 4). O principal acesso até

as manchas de empréstimo, partindo do Porto, dá-se através da autoestrada A28.

Figura 4. Mapa de localização das manchas de empréstimo.

2.2 ENQUADRAMENTO GEOLÓGICO DAS MANCHAS DE

EMPRÉSTIMO

As manchas de empréstimo estão situadas na Região de Entre-Douro e Minho. Esta

região engloba os distritos de Viana do Castelo, Braga, Porto e a parte setentrional do

distrito de Aveiro.

A região está enquadrada na Zona Centro Ibérica (ZCI) do Maciço Hespérico com

uma larga dominância de granitóides hercínicos e metassedimentos paleozóicos (Ribeiro

et al., 1979). Ao longo de toda a costa ocorrem formações sedimentares que


12

correspondem a praias antigas, e também terraços fluviais margeiam o troço jusante dos

rios Minho, Lima e Cávado.

As manchas de empréstimo e posteriormente as amostras foram numeradas da

seguinte forma: mancha de empréstimo 1 (amostra 1), mancha de empréstimo 2 (amostra

2), mancha de empréstimo 3 (amostra 3), mancha de empréstimo 4 (amostra 4), mancha

de empréstimo 5 (amostra 5) e mancha de empréstimo 6 (amostra 6).

2.2.1 MANCHA DE EMPRÉSTIMO 1

De acordo com a folha 5-A da carta geológica de Portugal (Teixeira et al., 1970) a

mancha de empréstimo 1, localiza-se próximo a uma zona de contato entre o complexo

xisto-grauváquico e rochas eruptivas (Figura 5).

Em seus aspetos pedológicos, através da carta dos solos de Entre-Douro e Minho

(Folha 5 – Braga 1:100.000 (DRAEDM-1995)) identificou-se que a mancha de empréstimo

está situada em uma área com predominância de cambissolos dístricos, e é composta

por cambissolo dístrico crómico.

Figura 5. Mapa geológico e pedológico da mancha de empréstimo 1. Imagem do solo in situ obtida em 06/04/2019.


13


A mancha de empréstimo 2 situa-se em uma zona de granitos de grão grosseiro

ou médio a grosseiro e está próxima de uma zona de contato com rochas silúricas

metamorfizadas. Está representada na folha 5-A da carta geológica de Portugal (Teixeira

et al., 1970).

Pedologicamente, de acordo com a carta de solos (Folha 5 – Braga 1:100.000 –

(DRAEDM, 1995)), o solo corresponde a um regossolo úmbrico espesso desenvolvido a

partir da arenização profunda de granitos, normalmente associado a afloramentos

rochosos (Figura 6).

Figura 6. Mapa geológico e pedológico da mancha de empréstimo 2. Imagem obtida em 06/04/2019.


14


Segundo a carta geológica de Portugal - folha 5-A (Teixeira et al., 1970), a mancha

de empréstimo 3 está localizada sobre granitos de grão grosseiro ou médio a grosseiro.

Assim como as outras manchas de empréstimo já citadas, também se encontra próximo

do complexo xisto-granítico (Figura 7).

O solo desta mancha de empréstimo é descrito segundo a carta de solos (Folha 5

– Braga 1:100.000 – DRAEDM (1995)) como antrossolo cumúlico dístrico em xisto, onde

predomina a acumulação de sedimentos com textura franco-arenosa ou mais fina e por

vezes franco-limoso.



15


A mancha de empréstimo 4 apresenta semelhança de características com a

mancha de empréstimo 2. Está localizada sobre granitos porfiróides de grão grosseiro ou

médio a grosseiro. Localiza-se na Folha 5-A (Teixeira et al., 1970).

Em uma caracterização pedológica, de acordo com a carta de solos (Folha 5 –

Braga 1:100.000 (DRAEDM, 1995), o solo é definido como regossolo úmbrico espesso,

em regolitos de granitos (Figura 8).

Figura 8. Mapa geológico e pedológico da mancha de empréstimo 4.


16


Consoante a carta geológica de Portugal – folha 1-C – Caminha (Teixeira e

Assunção, 1961), a mancha de empréstimo está localizada em depósitos de praias

antigas e terraços fluviais de 60-70 metros.

A carta de solos (Folha 1-2 – Valença 1:100.000 (DRAEDM, 1995)) define a área

como cambissolos húmicos-úmbricos crómicos, em sedimentos detríticos não

consolidados, com horizontes normalmente cascalhentos ou muito cascalhentos (Figura 9).



17


De acordo com a Carta Geológica de Portugal – Folha 5-C – Barcelos (Teixeira e

Assunção, 1961), a mancha de empréstimo está situada em depósitos de praias antigas

e depósitos fluviais de 30-40 metros.

Segundo a carta de solos (Folha 5 – Braga 1:100.000 (DRAEDM, 1995)), o local

da mancha de empréstimo corresponde a cambissolos húmico-úmbrico pardacento,

descrito como coluvião de materiais de granito (Figura 10).



18

2.3 ESPECIFICAÇÕES DO CADERNO DE ENCARGOS

O caderno de encargos é uma referência de condições técnicas que devem ser

cumpridas durante a conceção e execução de uma obra. O projeto de terraplenagem,

drenagem e estabilização da Linha do Minho para o Troço Viana do Castelo/Valença

prevê uma série destas condições. Neste subcapítulo serão citadas as condições

necessárias para a caracterização geotécnica/geológica dos solos que irão ser utilizados

nos aterros.

2.3.1 CONSTITUIÇÃO DOS ATERROS

De acordo com o caderno de encargos da obra, a estrutura ferroviária é subdivida

em duas partes, a infraestrutura e a superestrutura (Caderno de Encargos, 2017). A

superestrutura compreende o balastro, travessas e carris. A infraestrutura é composta

pela parte inferior do aterro (PIA), corpo, parte superior do aterro (PSA), camada de

coroamento e sub balastro.

Em conjunto, a PIA, o corpo e a PSA dão origem ao aterro, podendo ser divididos

em aterros zonados ou homogéneos. Os aterros zonados são aqueles em que o material

constituinte apresenta heterogeneidade e não apresenta uniformidade de características

mecânicas e hidráulicas (Figura 11). Por outro lado, os aterros homogéneos apresentam

uniformidade e homogeneidade das características, podendo ser considerado como

apenas um material (Figura 12).

Figura 11. Estrutura ferroviária com um aterro zonado (Caderno de Encargos, 2017).


19

Figura 12. Estrutura ferroviária com um aterro homogéneo (Caderno de Encargos, 2017).

2.3.1.1 Solos para o Aterro

Os solos são definidos, segundo o caderno de encargos, como sendo materiais

constituídos por grãos desagregáveis por uma simples trituração e, eventualmente, com

auxílio de água (Caderno de Encargos, 2017). O teor de matéria orgânica deve ser inferior

a 2%. Os que serão utilizados devem estar isentos de ramos, folhas, troncos, raízes,

torrões, lixos e quaisquer detritos orgânicos. O material retido no peneiro 19 mm (3/4’’

ASTM) deverá ser menor ou igual a 30%, com dimensão máxima de 50,8 mm (2’’ ASTM)

e o material retido no peneiro 4,76 mm deverá ser menor ou igual a 80%.

A sua utilização na construção de aterros, no seu estado natural, exige que sejam

observadas as condições relativas ao teor em água apresentadas na Tabela 5.

Tabela 5. Solos coerentes e incoerentes.

SOLOS INCOERENTES

Ensaio de compactação de referência com energia pesada

0,8% 𝑊𝑜𝑝𝑡 ≤ 𝑊 𝑛𝑎𝑡 ≤ 1,2% 𝑊𝑜𝑝𝑡

SOLOS COERENTES

Ensaio de compactação de referência com energia leve

0,7% 𝑊𝑜𝑝𝑡 ≤ 𝑊 𝑛𝑎𝑡 ≤ 1,4% 𝑊𝑜𝑝𝑡

Wnat = teor em água natural do solo; Wopt = teor em água natural do solo.


20

Quando não se verifique este requisito para o caso de solos coerentes, poder-se-

á recorrer a técnicas de regularização do teor em água, tais como arejamento,

humidificação, homogeneização e tratamento por adição de ligantes.

No caso de aterros zonados ou homogéneos, a utilização dos diversos tipos de

solos nas diversas zonas do aterro deve obedecer a regras gerais expressas nas tabelas

seguintes, baseadas no valor de CBR e na classificação unificada dos solos.

No caso de solos selecionados para a construção dos aterros, estes deverão ter

comportamento granular, percentagem de finos ≤ 15% e índice de plasticidade IP ≤ 6,

devendo garantir um módulo de deformabilidade de Ev ≥ 60 Mpa, após compactação.

As possibilidades de aplicação dos solos em aterros zonado ou heterogéneo são

definidas em diferentes classes, de acordo com a classificação dos mesmos (Tabela 6 e

a Tabela 7).

Tabela 6. Classificação de solos e aplicabilidade em aterros zonados (Caderno de Encargos, 2017).


21

Tabela 7. Classificação de solos e aplicabilidade em aterros homogéneos (Caderno de Encargos, 2017).

2.3.2 CONSTITUIÇÃO DOS BLOCOS TÉCNICOS

Segundo o Caderno de Encargos, os Blocos Técnicos, designados também como

Aterros Técnicos, são as estruturas que permitem assegurar a transição entre os aterros

e as obras de arte, de modo a reduzir os assentamentos diferenciais, e a assegurar a

variação progressiva do módulo de rigidez entre estas duas estruturas.

Este tipo de aterro é executado em zonas particularmente sensíveis, onde não é

possível que o equipamento corrente utilizado no espalhamento e na compactação opere

normalmente, devendo por isso ser objeto de conceção específica.


22

Considera-se a realização dos Blocos Técnicos junto aos encontros de obras de

arte, muros de suporte, ou de estruturas enterradas de pequena dimensão situadas

próximo da plataforma ferroviária.

2.3.2.1 Materiais Para o Bloco Técnico

Segundo o Caderno de Encargos, os materiais a serem utilizados na execução

dos Blocos Técnicos devem ser convenientemente escolhidos, de modo a garantir um

correto desempenho destes, já que a utilização de materiais não adequados pode originar

assentamento significativos.

A Figura 13 refere-se ao projeto do Bloco Técnico para passagens hidráulicas

circulares, onde estão representados os materiais a serem utilizados em cada parte da

estrutura.

Figura 13. Projeto do Bloco Técnico e materiais a serem utilizados (Caderno de Encargos, 2017).

Os solos a utilizar na construção de Blocos Técnicos devem ser de boa qualidade,

isentos de detritos, matéria orgânica ou quaisquer outras substâncias nocivas, devendo

obedecer às seguintes características:

• Dimensão máxima……………………………….…………………………….….75mm

• Percentagem de material que passa no peneiro nº 200 ASTM………………..≤ 20%

• Limite de liquidez………………………………………………………….…….…≤ 25%

• Índice de plasticidade………………………………………………..……………...≤ 6%

• Equivalente de areia……………...……………………………………………….≥ 40%


23

• Valor de azul de metileno…………………………………………..………………≤ 1,5

• CBR a 95% de compactação relativa……………………………….....…………≤10%

• Expansibilidade (ensaio CBR)………………………………………………….. ≤ 1,5%

No caso de ser utilizado mistura agregado-cimento, os agregados a utilizar na

mistura com cimento devem ser constituídos pelo produto de britagem de material

explorado em formações homogéneas, devendo estar isentos de ramos, folhas, raízes,

ervas, troncos, ou qualquer outra substância que prejudique a ligação com o cimento. O

agregado deverá estar de acordo com a tabela 8 e com os itens descritos abaixo.

Tabela 8. Granulometria necessária para agregados na mistura agregado-cimento (Caderno de Encargos, 2017)).

• Percentagem de material retido no peneiro de 20mm ....................................≤ 30%

• Limite de liquidez ...........................................................................................≤ 25%

• Índice de plasticidade .......................................................................................≤ 6%

• Equivalente de areia………………………………………………….…….……..≥ 40%

• Valor de azul de metileno (material de dimensão inferior a 75 µm) ..................≤ 2,0

• Perda por desgaste na máquina de Los Angeles…........................................ ≤ 45%

• Percentagem de matéria orgânica ................................................................≤ 0,5%

• Teor em sulfatos ...........................................................................................≤ 0,5%

• Índice de lamelação e alongamento ...............................................................≤ 35%


24

2.3.3 PREPARAÇÃO, TRANSPORTE, ESPALHAMENTO

E COMPACTAÇÃO

O Caderno de Encargos refere que o material que irá para o aterro deverá ser

preparado na mancha de empréstimo, de modo a que o material a ser transportado seja

homogéneo e que o teor em água não precise ser corrigido. O aterro deve ser solidarizado

ao terreno natural. Para isso, é exigida a preparação do terreno com a adoção de

medidas, tais como, escarificação da superfície.

Na execução dos aterros, o espalhamento de solos far-se-á por camadas

horizontais sucessivas, ocupando toda a largura da secção transversal, respeitando a

respetiva inclinação e em comprimentos tais que permitam a humidificação e

compactação convenientes. A espessura das camadas de solo a compactar, será

condicionada pelos meios de compactação colocados na obra, mas genericamente não

deverá ser superior a 0,25 m.

A inspeção das camadas será visual, mas, fundamentalmente, com passagem de

equipamento pesado para deteção de possíveis zonas fracas ou instáveis. O grau de

compactação relativa a atingir, em todas as camadas, deverá ser igual ou superior a 95%

da densidade seca máxima.

Os parâmetros mínimos para o controlo em aterros deverão considerar os valores

apresentados da Tabela 9. Em blocos técnicos, a compactação deverá ser maior ou igual

a 98%.

Tabela 9. Parâmetros mínimos para o controlo de compactação em função do tipo de solo (Caderno de Encargos, 2017).


25

2.4 AMOSTRAGEM

Uma análise de solo confiável depende, em grande parte, de uma colheita de

amostras adequada (Fernandes, 1994). Com isto, em cada mancha de empréstimo

escolheram-se 3 diferentes pontos de colheita que representassem todo o solo. As

amostras foram colhidas nos locais definidos com o auxílio de pás e máquinas

retroescavadoras, e armazenadas em sacos ou baldes (Figura 14). Foram colhidos, em

média, cerca de 120 kg de cada amostra, a depender da tipologia do solo. Para solos

com granulometria grosseira foi preciso recolher maior quantidade de amostra (LNEC E

195-1966). É importante considerar que o material recolhido deve ser suficiente para

todas as análises e também para, se preciso, repeti-los.

Figura 14. Recolha das amostras. A) Amostra 5 - recolha através de pá e armazenamento em balde. B) Amostra 6 -recolha através de retroescavadora. C) Recolha através de pá e armazenamento em sacos.

2.5 ENSAIOS EM LABORATÓRIO

Neste capítulo apresentam-se os princípios gerais das metodologias e normas de

ensaios utilizados na caracterização dos solos em laboratório neste estudo. Todos os

procedimentos foram realizados de acordo com as normas citadas.

2.5.1 DETERMINAÇAO DO VALOR DE AZUL DE

METILENO

A determinação do valor de azul de metileno tem como objetivo medir a

capacidade dos finos (argilas) absorverem o azul de metileno, medindo de forma indireta


26

a atividade da fração argilosa do solo. O ensaio, denominado por mancha de azul de

metileno, foi realizado de acordo com a norma AFNOR NF P 18-592 (1990) e pode ser

aplicado a todos os solos e materiais rochosos. Segundo Fabbri (1994) este ensaio é um

dos procedimentos laboratoriais mais confiável para a identificação e classificação das

argilas, pois trata-se de um ensaio quantitativo.

O ensaio consiste em medir a quantidade de azul de metileno que pode ser

adsorvida pelos elementos finos, sendo que o valor de azul de metileno do solo está

relacionado diretamente com a superfície específica das partículas que o constituem.

Quanto maior for a absorção de azul de metileno, maior será a quantidade de finos ativos

neste solo. A adsorção máxima é atingida assim que uma auréola azul mais claro aparece

á volta da mancha e persiste.

Para a realização deste ensaio, conforme a Figura 15, é necessário um dispositivo

de dosagem (bureta), um agitador com capacidade de rotação entre 400 e 700 rpm, um

recipiente cilíndrico com capacidade de 3000 cm³ e 155 mm de diâmetro, vareta de vidro

e papel de filtro branco com teor de cinzas <0,01%. É ainda necessário uma solução de

azul de metileno de qualidade medicinal diluído em água destilada a 10 g/l. A caulinite é

adicionada, caso seja necessário ou sempre, em função da norma adotada.

Figura 15. Equipamentos utilizados para o ensaio de azul de metileno. A) Bureta para dosagem.

B) Recipiente cilíndrico. C) Agitador.

Para determinar a massa da amostra a ser ensaiada (𝑀ℎ) é necessário determinar

o teor de água da amostra (w) e o teor em finos (f). O valor de f’, definido na norma, é

igual a 30 g e representa a quantidade desejável de finos. A massa não pode ser maior

que 300 g.

𝑀ℎ = 𝑓′𝑤 + 100

𝑓


27

Para executar o ensaio é necessário encher a bureta com a solução de azul de

metileno e colocar a amostra para ensaio no recipiente cilíndrico com 500 cm³ de água

destilada. Liga-se o agitador e agita-se a amostra durante 5 minutos, adiciona-se 5 ml de

solução de azul de metileno, segundo a argilosidade estimada, e aguarda-se 1 minuto.

Posteriormente, com o auxílio da vareta, coloca-se uma gota do material no filtro e

verifica-se a existência da auréola azulada. Continua-se o ensaio até o aparecimento da

auréola azul na parte periférica da mancha (Figura 16). A partir do momento em que

aparecer, continua-se a agitação sem mais adição de solução, efetuando-se ensaios da

mancha a cada minuto. Se a auréola desaparecer durante os primeiros 4 minutos,

adiciona-se mais 5 ml de solução. Se a auréola desaparecer no quinto minuto, adiciona-

se apenas 2 ml de solução corante. Em ambos os casos, a auréola deverá permanecer

constante durante 5 minutos.

Figura 16. Análise de azul de metileno da Amostra 5. Nos pontos 5-1, 5-2 e 5-3 não aparece a auréola azulada. O ponto

de viragem está entre 5-3 e 10-1.

O valor de azul 𝑉𝐵𝑡𝑎 será expresso em gramas de azul por 100g de finos, dado

pela seguinte fórmula:

𝑉𝐵𝑡𝑎 =𝑣1 − 𝑣′

𝑞

onde:

v1 = volume final da solução injetada, em ml;

v’ = volume de azul adsorvido pela caulinite (𝑣′ = 30 ∗ 𝑉𝐵𝑡𝑎𝐾);

q = massa real de finos testados.


28

2.5.2 EQUIVALENTE DE AREIA

O ensaio de equivalente de areia exprime a quantidade e qualidade de elementos

finos (menores que 4,75 mm) existentes num solo, e foi realizado de acordo com a norma

LNEC E 199-1967. É medido em volume numa cápsula padrão, e colocado em uma

proveta contendo uma solução de cloreto de cálcio-glicerina-formaldeído.

Para a realização deste ensaio é necessário utilizar os seguintes equipamentos:

agitador mecânico, kit equivalente de areia, peneiro 4,76 mm, repartidor 5mm, estufa,

cronómetro e régua de 500 mm.

A proveta com a fração de finos em solução é deixada em repouso durante 10

minutos e posteriormente agitada durante 30 segundos. Completa-se a proveta com a

solução até um nível predeterminado, e deixa-se em repouso por mais 20 minutos.

Determina-se a altura do material em solução (h1) com relação a base da proveta (Figura

17-A). Se introduz lentamente o pistão na proveta até que ele repouse sobre a parte

sedimentada (Figura 17-B). Quando o pistão atingir a parte sedimentada, mede-se a

altura (h2), ou seja, a distância entre a face inferior do pistão e a face superior do anel

deslizante. Como resultado, o equivalente de areia dum provete é dado por:

𝐸. 𝐴. =ℎ2

ℎ1∗ 100

O valor do equivalente de areia varia de 0 até 100, quanto mais próximo de 0

indica material argiloso e quanto mais próximo de 100 material arenoso. Se o valor for

menor que 20, os finos são maioritariamente argilosos, devendo se proceder a ensaios

de determinação dos limites de Atterberg.

Figura 17. Realização do ensaio de equivalente de areia.


29

2.5.3 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR PENEIRAÇÃO

HÚMIDA

O ensaio de análise granulométrica por peneiração húmida tem por objetivo

determinar quantitativamente a distribuição por tamanhos das partículas de um solo

retidas no peneiro de 0,074 mm (n° 200 ASTM) e a percentagem de material passada

nesse peneiro. O ensaio foi efetuado consoante a norma LNEC E 239-1970.

A metodologia consiste em passar o solo no peneiro de 2 mm até obter

aproximadamente 400 g de solo retido. Lava-se com jato de água o material retido no

peneiro e leva-se para a estufa a 105-110 °C até massa constante. Depois de seco, pesa-

se e regista-se o valor. Tomam-se cerca de 100 g (solos arenosos) ou 50 g (solos siltosos

ou argilosos), pesam-se e regista-se a massa 𝑚𝑎. Este material é colocado no copo de

precipitação com 1 g de polifosfato e 250 cm³ de água. Agita-se com a vareta e deixa-se

repousar por no mínimo 1h.

Posteriormente, todo o material é transferido para o peneiro 0,074 mm onde é

lavado com o jato de água (Figura 18). Regista-se o valor que passou pelo peneiro. O

material retido, é colocado em cápsula e seco na estufa a 105 - 110 °C até massa

constante. Passa-se o material nos peneiros de 0,841 mm, 0,420 mm, 0,250 mm, 0,105

mm e 0,0074 mm. Por fim, são determinadas as massas das frações retidas em cada

peneiro. O resultado é expresso em percentagem referente a massa 𝑚𝑎.

Figura 18. Peneiração húmida através da lavagem de jato no peneiro 0,074 mm.


30

2.5.4 LIMITES DE CONSISTÊNCIA

O presente ensaio tem por objetivo determinar os limites de liquidez e de

plasticidade de solos para efeitos de engenharia civil. A norma que define e fixa os

processos é a norma NP 143-1969. Segundo a norma, entende-se por limite de liquidez

(LL) de uma amostra de solo o teor em água correspondente a 25 pancadas aplicadas na

Concha Casagrande, obtido por interpolação numa curva que relaciona o teor em água

de cada um de 4 provetes da amostra com o número de pancadas para qual os bordos

inferiores de um sulco aberto num provete se unem numa extensão de 1 cm, quando o

ensaio é feito na concha Casagrande. Para efetuar o ensaio são necessários os seguintes

equipamentos: concha de Casagrande, riscador, almofariz, peneiro de malha quadrada

de 420 µm, cápsula com cerca de 10 cm de diâmetro e espátula para preparar a pasta de

solo com água destilada.

Uma toma inicial de aproximadamente 500 g, deverá ser passada no almofariz

com o objetivo de promover a separação das partículas, sem alterar a granulometria.

Posteriormente passa-se a amostra no peneiro. Com o material passado no peneiro e

água destilada, faz-se uma pasta homogénea e consistente. Antes de se iniciar o ensaio,

regulariza-se a altura de queda da concha com o auxílio do calibre. Então, o material é

colocado na concha com espessura máxima de 1 cm (Figura 19-A) e com a superfície

nivelada. Faz se um risco no centro com o riscador (Figura 19-B) e liga-se a concha.

A quantidade de água a juntar aos provetes deve ser escolhida de forma que, o

número de pancadas necessárias para unir os bordos dos sulcos varie entre 10 e 40, e

se distribuam, em dois ensaios, abaixo de 25 pancadas e, em outros dois, acima de 25.

Os resultados são expressos através da projeção gráfica relacionando o teor de água

com o número de pancadas correspondente. O valor do limite de liquidez corresponde ao

teor de água correspondente a 25 pancadas. Se não for possível determinar o limite de

liquidez, assume-se que o material é não plástico.

Figura 19. Ensaio de limites de liquidez. A) Material nivelado com espessura máxima de 1 cm e B) sulco aberto através do riscador.


31

A norma NP 143-1969 também define a metodologia para se obter o limite de

plasticidade (LP) de um material. É aplicável, assim como no Limite de Liquidez, a

materiais com 30% ou mais, em massa, de partículas de dimensões inferiores a 0,05 mm.

Para solos arenosos, o ensaio perde o seu sentido. Para definir se um solo é plástico ou

não, cria-se uma pasta com o solo e água destilada e rola-se o provete entre a palma da

mão e a placa de vidro. Quando atingir um diâmetro de aproximadamente 3 mm,

aglomeram-se os filamentos e determina-se o teor em água. Se não for possível moldar

os rolos, considera o material como não plástico (Figura 20).

Após obter os valores de LL e LP, por diferença obtém-se o Índice de Plasticidade

(IP). Este índice é expresso em percentagem e representa a quantidade máxima de água

que pode ser adicionada a um solo, a partir do seu Limite de Plasticidade, de modo que

o solo não perca sua consistência plástica. Segundo o Índice de Plasticidade, os solos

poderão ser classificados como fracamente plásticos (1 < IP < 7), medianamente plásticos

( 7< IP < 15) ou altamente plásticos (IP > 15) (Caputo, 1988).

Figura 20. Ensaio de limites de plasticidade. Amostra 5 - não plástica.

2.5.5 ENSAIO DE COMPACTAÇÃO PROCTOR

O ensaio de compactação Proctor foi executado segundo a norma LNEC E 197-

1966. O ensaio pode ser normal ou modificado, de acordo com a energia da compactação

utilizada. Também pode ser feito em dois tipos de molde, grande ou pequeno,

dependendo da granulometria do material a ensaiar.

O ensaio é realizado a partir de um molde cilíndrico, onde são compactadas

amostras de solo. São feitas 3 ou 5 camadas, em que cada uma é compactada com 25


32

ou 55 pancadas, a depender do tamanho do molde. As pancadas dão-se através do pilão

de compactação, com peso normalizado em 2,5 ou 4,5 kg.

Para efetuar a compactação, adiciona-se uma quantidade de água destilada,

homogeneíza-se bem a mistura e a coloca no cilindro. Aplicam-se os golpes e adiciona-

se a próxima camada (Figura 21). O procedimento é repetido até atingir uma altura maior

que a do molde. Após rasar o molde, pesa-se o solo juntamente com o molde. O peso do

solo no molde é calculado, determinando-se também o teor em água, e o peso volúmico

seco. Repete-se uma média de 5 ensaios para cada amostra onde se fazem variar os

teores em água para cada ensaio.

O resultado é expresso em um gráfico de massa específica versus teor em água,

onde se obtém a curva de compactação e se encontra o teor em água ótimo.

O teor em água ótimo corresponde a um certo teor de humidade para uma energia

aplicada. Ou seja, em uma compactação, os solos não devem ser compactados abaixo

ou acima de uma humidade ótima, pois é ela que fornece estabilidade ao solo.

Figura 21. Ensaio de compactação Proctor. A) Equipamento de compactação. B) Ensaio sendo realizado em molde grande.

Quando a percentagem de retidos no peneiro 19 mm for maior que 20%, realiza-

se a correção Proctor através da determinação das massas volúmicas (NP EN 1097-6-

2016) e posteriormente através da correção do ensaio de compactação (PIE.002.1). Com

isto obtém-se novos valores de baridade seca máxima e teor em água ótimo.


33

2.5.6 ENSAIO CALIFORNIANO DE CAPACIDADE DE

CARGA (CBR)

O ensaio CBR (California Bearing Ratio) está especificado na norma LNEC E 198-

1967, e é utilizado para avaliação indireta da resistência mecânica de um solo. Segundo

Cunha (2014), a sequência do ensaio inicia-se com a determinação do teor em água ótimo

(definido no ensaio Proctor) e do peso específico seco. Em seguida, determinam-se as

propriedades expansivas do material e determina-se o CBR.

O procedimento consiste em, primeiramente, compactar o solo com o Proctor, com

o teor em água ótimo. A expansibilidade da amostra é avaliada colocando o molde em

um recipiente embebido em água e adicionando um defletómetro (Figura 22). A leitura do

defletómetro é feita de 24 em 24 horas, durante um período de 96 horas (4 dias).

Posteriormente, o molde é retirado e pesado para determinação do peso volúmico e do

peso da quantidade de água absorvida.

Por fim, a penetração é realizada em uma prensa de CBR, onde é aplicada uma

carga com velocidade de 1 mm/min e anota-se a carga de penetração a cada 30

segundos. A curva de força-penetração é traçada. Quando a curva apresentar o troço

inicial côncavo, deve-se proceder a correção, traçando uma tangente à curva no ponto

de inflexão, tomando-se como nova origem, o ponto de interseção da tangente com o eixo

das penetrações.

O resultado do CBR é expresso em percentagem, obtida através da divisão entre

a pressão calculada/obtida (x) pela pressão padrão (y):

𝐶𝐵𝑅(%) =𝑥

𝑦∗ 100

Figura 22. Determinação das propriedades expansivas do material em molde grande com defletómetro.


34

2.6 ENSAIO DE CONFORMIDADE (IN SITU)

O controlo de conformidade dos solos aplicados em obra foi realizado pelo método

radioativo, através de um gamadensímetro (ASTM D6938-17). O gamadensímetro mede

o grau de compactação de um solo, através dos valores de teor em água e baridade seca

do solo. Este método é não destrutivo, apresenta rapidez na execução e é um dos

métodos mais utilizados para controlo da compactação.

O gamadensímetro Troxler emite raios gama na camada a ensaiar, com uma

determinada energia, e contabiliza os raios que voltam ao receptor sem perda. Quanto

mais densa uma camada, maior o valor. Existem dois métodos de aplicação, o método A

e o método B. O método da transmissão direta (Figura 23-A) é realizado em profundidade,

através de um furo na camada que se pretende ensaiar e uma fonte. Já o método da

transmissão indireta (Figura 23-B), o equipamento é simplesmente colocado sobre

superfície, ou seja, a uma profundidade 0.

Figura 23. Gamadensímetros de transmissão direta e indireta. Fonte: http://www.troxlerlabs.com.

De acordo com Ferreira da Silva (2013) alguns fatores podem afetar os resultados.

A medição da baridade pode ser afetada pela composição química dos solos e pela

heterogeneidade dos solos. Além disso, as medições realizadas através do método de

transmissão indireta são mais influenciáveis pelo material mais próximo da superfície, por

partículas de grandes dimensões ou vazios, e presença de outras fontes radioativas no

local. O teor em água também pode ser afetado pela composição química do material,

pelo teor em água do material mais superficial e outras fontes de neutrões presentes no

local.

http://www.troxlerlabs.com/


35

Através do método radioativo e conforme a Tabela 9, os ensaios de conformidade

deverão assegurar uma densidade seca igual a 95% da densidade máxima obtida no

Ensaio de Proctor Modificado. A Figura 24 mostra o equipamento in situ a realizar um

ensaio através do método de transmissão indireto.

Figura 24. Gamadensímetro Troxler utilizado no controlo de compactação em obra. Imagem obtida em 15/03/2019.


36

2.7 RESULTADOS

Neste subcapítulo apresentam-se os resultados dos ensaios realizados em

laboratório referente aos seis solos analisados. Também se apresentam os resultados da

verificação da compactação dos solos aplicados em obra. Os modelos dos boletins de

ensaio encontram-se em anexo.

2.7.1 ENSAIOS EM LABORATÓRIO

Na Tabela 10 apresentam-se os dados obtidos através dos ensaios de análise

granulométrica, determinação dos limites de consistência, equivalente de areia e azul de

metileno. Apresentam-se ainda a classificação dos solos considerando a classificação

textural, classificação unificada e classificação para fins rodoviários.

O valor de equivalente de areia das amostras de solos varia entre 17% e 58%. As

amostras 1 e 5 apresentam valores menores que 20%, ou seja, correspondem a solos

compostos por finos maioritariamente argilosos. A amostra 2 é, dentre as 6 amostras, a

que apresenta o maior valor, indicando um solo com constituição maioritariamente

arenosa. As amostras 3, 4 e 6, com equivalente de areia entre 20% e 30%, deverão ter

seu comportamento verificado através dos limites de consistência.

No ensaio de azul de metileno, quanto maior a percentagem de argilas no solo,

maior a quantidade de solução necessária para tornar o teste da mancha positivo. Os

resultados variaram entre 0,3 e 1,8 em gramas de corante por quilo. A maior quantidade

de solução foi adicionada à amostra 3, ou seja, dentre as amostras analisadas, é a que

maior apresentou necessidade de adição de azul de metileno, ou seja, é a amostra com

mais finos.

Os resultados obtidos através da determinação dos limites de consistência,

indicam que os solos 2 e 5 são considerados não plásticos, os solos 1, 4 e 6 são

classificados como fracamente plásticos e o solo da amostra 3 medianamente plástico.

A Figura 25 mostra as curvas granulométricas obtidas para as seis amostras de

solos. As curvas das amostras 1, 2, 3, 4 e 6 representam solos como uma variação mais

uniforme entre os tamanhos dos grãos, ou seja, são solos bem graduados. Diferente

destas, a curva granulométrica da amostra 5 indica que a amostra é mal graduada.

Todos os solos analisados apresentam percentagem de retidos no peneiro nº 200

maior do que 50%. As amostras 1 e 3 são as que apresentam quantidades mais

significativas de materiais finos, sendo respetivamente, 29,34% e 23,39%.


37

Tabela 10. Resultados dos ensaios realizados em laboratório e classificação dos solos.

AMOSTRA 1 AMOSTRA 2 AMOSTRA 3 AMOSTRA 4 AMOSTRA 5 AMOSTRA 6

Ac. passados p. nº 4 (%)

98,97 66,95 98,87 83,18 51,87 88,16


93,62 54,21 88,77 64,39 49,33 65,56


51,94 27,16 47,50 28,44 29,85 31,02


29,34 8,78 23,39 13,19 14,50 16,70

L. de Liquidez (%) 25 - 30 26 - 24

L. de Plasticidade (%) 20 - 23 19 - 19

Índice de Plasticidade 5 N.P. 7 7 N.P. 5

Classificação Textural Areia argilo-siltosa Areia Areia siltosa Areia Areia siltosa Areia siltosa

Classificação Unificada SC-SM

Areia argilo-siltosa

SW-SM Areia bem

graduada com silte

SM (u) Areia Siltosa

SC-SM Areia argilo-

siltosa

SM (d) Areia Siltosa

SC-SM Areia argilo-siltosa

Classificação Rodoviária A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0) A-2-4 (0)

Equivalente de Areia (%)

17 58 23 29 18 21

Azul de Metileno (g) 0,3 0,3 1,8 0,3 0,5 0,9


38

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Figura 25. Curvas granulométricas dos solos analisados.

Na Tabela 11 apresentam-se as percentagens das frações granulométricas areia,

silte e argila dos solos, que permitem determinar a classificação da textura dos solos com

base no diagrama de Feret (figura 26). Verifica-se que os solos são relativamente

semelhantes e predominantemente arenosos, com percentagens de areia a variar entre

cerca de 72% e 89%. A percentagem de argila nas amostras varia mais

significativamente, com valores entre 0,80% e 14,46%.

Tabela 11. Percentagem das frações granulométricas das amostras ensaiadas.

Amostras Areia (%) Silte (%) Argila (%)

1 72,01 7,84 20,14

2 88,89 10,31 0,80

3 77,89 9,89 12,21

4 83,11 8,41 8,48

5 76,40 13,59 9,97

6 76,92 5,60 17,46


39

Os diagramas triangulares para classificação textural dos solos foram projetados

de acordo com a percentagem dos diferentes componentes granulométricos, através do

software Triplot (Figura 26). A análise dos diagramas permite verificar que as amostras

classificam-se da seguinte forma: amostra 1 - areia argilo-siltosa; amostra 2 e 4 – areia;

amostra 3, 5 e 6 - areia siltosa.

Amostra 1

Amostra 2

Amostra 3

Amostra 4

Amostra 5

Amostra 6

Figura 26. Classificação textural dos solos (adaptado de Fernandes (1994)).


40

Para as amostras estudadas, a Classificação Unificada identifica 3 tipos de solos,

SC-SM, SW-SM e SM. Os solos das amostras 1, 4 e 6 classificam-se como SC-SM -

areias argilo-siltosas, para as quais se pode prever o seguinte comportamento: quando

compactados são semipermeáveis a impermeáveis, quando compactados e saturados

apresentam boa a razoável resistência ao corte e baixa compressibilidade e a

trabalhabilidade destes solos como material de construção pode ser considerada razoável

a boa. A amostra 2 foi classificada como SW-SM - areia bem graduada com silte, podendo

ser permeável quando compactado, apresentar excelente a boa resistência ao corte

quando compactado e saturado, compressibilidade desprezível a baixa e excelente

trabalhabilidade como material de construção. Os outros dois solos, amostra 3 e 5,

classificam-se como SM – areias siltosas, sendo que podem apresentar comportamento

semipermeável a impermeável quando compactados, boa resistência ao corte quando

compactados e saturados, baixa compressibilidade e razoável trabalhabilidade como

material de construção.

A Classificação Rodoviária classifica os seis solos como A-2-4(0), correspondendo

a solos constituídos por areia e areia siltosa ou argilosa, com um excelente a bom

comportamento sob o pavimento.

Os resultados encontrados através ensaio de compactação Proctor e CBR estão

indicados na Tabela 12. Cada curva de compactação do Proctor resulta da realização do

ensaio de cinco provetes, dois com teores em água inferiores ao ótimo (ramo seco), dois

com teores em água superiores ao ótimo (ramo húmido) e um central (podendo ser maior

ou menor que o ótimo). Dentre as 6 amostras, o maior valor de teor em água (Wopt) é

referente a amostra 3 (11,5%) e o menor referente a amostra 5 (7,7%). O maior valor

encontrado de baridade seca máxima (ϒdmax) foi para as amostras 5 e 6 (2,08 g/cm³) e o

menor para a amostra 3 (1,88 g/cm³). Portanto, é possível verificar que ao aumentar o

esforço de compactação, a baridade seca máxima aumenta e teor em água ótimo diminui.

A Tabela 13 exibe os resultados do ensaio CBR para 12, 25 e 55 pancadas e para

penetrações de 2,5 mm e 5,00 mm. Também apresenta as respetivas curvas de CBR que

relacionam penetração versus carga. Através das curvas dos gráficos, corrigindo o ponto

de origem, foi possível corrigir os valores de força para os valores mais baixos de

penetração. O valo final de CBR corresponde a 95% da baridade seca máxima com a

energia de compactação referente a 55 pancadas.

Os resultados de CBR para 95% da compactação relativa estão entre 13 e 39 para

penetração de 2,5 mm e entre 18 e 52 para penetração de 5,0 mm. As amostras que

apresentaram maior resistência a penetração foram as amostras 1, 5 e 6. A que

apresentou menor resistência foi a amostra 3.


41

Tabela 12. Resultados de Proctor com respetivas curvas de compactação.

AM

OS

TR

A 1

ϒdmax 1,90 g/cm³

Wopt 11,0 %

AM

OS

TR

A 2

ϒdmax 1,98 g/cm³

Wopt 8,2 %

AM

OS

TR

A 3

ϒdmax 1,88 g/cm³

Wopt

11,5 %

AM

OS

TR

A 4

ϒdmax 1,98 g/cm³

Wopt 10,0 %

AM

OS

TR

A 5

ϒdmax 2,08 g/cm³

corrigido

Wopt 7,7 % corrigido

AM

OS

TR

A 6

ϒdmax 2,08 g/cm³

Wopt 8,1 %


42

Tabela 13. Resultados e curvas dos ensaios CBR.

Curva 2,5 mm 5,0 mm

AM

OS

TR

A 1

N (12) 6 7

N (25) 23 25

N (55) 47 57

CBR (95%)

38 45

AM

OS

TR

A 2

N (12) 15 21

N (25) 13 19

N (55) 23 38

CBR (95%)

18 27

AM

OS

TR

A 3

N (12) 5 7

N (25) 13 17

N (55) 13 19

CBR (95%)

13 18

AM

OS

TR

A 4

N (12) 17 22

N (25) 27 39

N (55) 27 41

CBR (95%)

25 36

AM

OS

TR

A 5

N (12) 18 21

N (25) 30 40

N (55) 39 52

CBR (95%)

39 52

AM

OS

TR

A 6

N (12) 3 4

N (25) 22 30

N (55) 42 57

CBR (95%)

35 47


43

Referente a aplicabilidade dos solos em aterros homogéneos (descrita na Tabela

7), considerando a Classificação Unificada e os valores de CBR, as amostras foram

identificadas como classe S3. Com isto, dentre todas as amostras caracterizadas,

somente a amostra 3 não pode ser aplicada em aterros homogéneos. As restantes podem

ser aplicadas em aterros homogéneos, tanto em aterros com menos de 5 m de altura até

aterros maiores.

Relativamente a utilização dos solos estudados para a constituição dos aterros

que satisfaçam as especificações técnicas exigidas no caderno de encargos, no que

tange a percentagem de finos ≤ 15% e índice de plasticidade IP ≤ 6, os únicos solos que

se enquadram são referentes as manchas de empréstimo 2 e 5.

Os solos a utilizar na construção dos Blocos Técnicos, deverão dentre as outras

características, possuir valor de equivalente de areia maior ou igual a 40%. Com isto,

somente a amostra 2 supre as necessidades do caderno de encargos para constituir os

aterros dos Blocos Técnicos.

Por conseguinte, a partir da análise integrada dos resultados dos ensaios

laboratoriais com o estabelecido no Caderno de Encargos, o solo oriundo da mancha de

empréstimo 2 poderá ser aplicado tanto em aterros homogéneos como em Blocos

Técnicos. O solo relativo à amostra 5 poderá ser aplicado somente em aterros

homogéneos (tabela 14).

Tabela 14. Síntese dos resultados apresentados para as 6 amostras.

Amostras Aterro homogéneo Bloco Técnico

1

2

3

4

5

6

2.7.2 ENSAIOS DE VERIFICAÇÃO EM OBRA

A fim de se verificar a conformidade dos solos, realizaram-se diversos ensaios de

grau de compactação do solo in situ. As medições foram efetuadas camada por camada,

de modo a abranger a maior área possível, e todas foram realizadas na superfície da

camada.


44

Os resultados da verificação em obra serão divididos em três subcapítulos, sendo

eles: controlo da compactação em aterro da linha férrea, controlo da compactação em

aterro de edifício técnico e controlo da compactação em bloco técnico.

2.7.2.1 Controlo de Compactação em Aterro da Linha Férrea

Conforme referido anteriormente, as amostras 2 e 5 apresentam características

geotécnicas para aplicação em aterros homogéneos, conforme o caderno de encargos.

Entretanto, foi definido pelos projetistas a utilização da amostra 5. Esta amostra apresenta

baridade seca máxima (ϒdmax) igual a 2,08 g/cm³ e teor em água ótimo (Wopt) de 7,7%.

O trecho experimental está compreendido entre o PK 89+750 e o PK 89+650, na

localidade de Carreço, e corresponde a um aterro para duplicação da via.

O aterro foi composto por 8 camadas, sendo que se realizaram de 6 a 11 ensaios

de compactação com gamadensímetro por camada. As figuras 27 e 28 ilustram as

medições referente a 1ª camada, com nove medições. Ao fundo da figura 28 é possível

observar o aterro já existente, ou seja, corresponde a cota em que o novo aterro deverá

alcançar.

Figura 27. Esquema representativo do controle de compactação no trecho entre o PK 89+750 e o PK 89+650.

Figura 28. Compactação da primeira camada para verificação. Imagem obtida em 02/02/2019.

As tabelas 15 e 16 exibem os resultados por camada. É possível perceber que o

teor em água difere do teor em água ótimo obtido em laboratório (7,7%). Também o grau

de compactação é inferior aos 98% estabelecidos no caderno de encargos para solos do

tipo S3 em aterros homogéneos.


45

Tabela 15. Resultados médios da baridade húmida, baridade seca e do teor em água por camada - aterro homogéneo.

Camada MÉDIA

Baridade Húmida (kg/m³) MÉDIA

Teor em Água (%) MÉDIA

Baridade Seca (kg/m³)

1ª 2181 8,0 2017

2ª 2196 8,0 2029

3ª 2158 7,7 2003

4ª 2198 9,0 2020

5ª 2200 9,7 2005

6ª 2239 11,0 1991

7ª 2212 10,0 2004

8ª 2224 10,0 2023

Tabela 16. Resultados do grau de compactação do solo - aterro homogéneo.

Camada MÉDIA (%) MÁXIMO (%) MINIMO (%) DESVIO PADRÃO

1ª 97,0 100,3 95,0 1,66

2ª 97,6 100,5 95,3 1,79

3ª 96,3 99,2 94,8 1,35

4ª 97,1 100,3 95,3 1,70

5ª 96,4 98,3 95,0 1,27

6ª 97,2 98,7 95,7 0,95

7ª 96,3 99,0 95,3 1,21

8ª 97,0 99,6 94,9 1,71

2.7.2.2 Controlo de Compactação em Edifício Técnico

Segundo a fiscalização em obra, o solo a ser utilizado em aterros de edifícios

técnicos deverá conter as mesmas características que os solos utilizados em blocos

técnicos. Com isto, o único solo passível de utilização é o referente a amostra 2. Este

apresenta baridade seca máxima (ϒdmax) igual a 1,98 g/cm³ e teor ótimo em água (Wopt)

igual a 8,2%.

O edifício técnico em que se efetuaram os ensaios está localizado na localidade

do Carreço. O aterro foi composto por 5 camadas e em cada uma delas foram realizados

8 ensaios de compactação com o gamadensímetro (Figura 29). A Figura 30 mostra a

última camada sendo compactada através de um cilindro compactados de 2,5 toneladas.


46

Figura 29. Esquema representativo dos ensaios realizados no edifício técnico.

Figura 30. Compactação no edifício técnico, solo da mancha de empréstimo 2. Imagem obtida em 07/12/2019.

As tabelas 17 e 18 mostram os resultados médios por camada. É possível

observar através desta que as primeiras quatro camadas apresentam valores muito

próximos dos obtidos através do ensaio Proctor. A 5ª camada apresenta valores maiores

e valores de compactação muito próximos de 100%.

Tabela 17. Resultados médios da baridade húmida e seca e do teor em água por camada - Edifício Técnico.

Camada MÉDIA

Baridade Húmida (kg/m³)

MÉDIA Teor em Água

(%)

MÉDIA Baridade Seca

(kg/m³)

1ª 2084 9,0 1920

2ª 2086 9,0 1919

3ª 2089 9,0 1914

4ª 2114 9,0 1941

5ª 2197 11,0 1988


47

Tabela 18. Resultados do grau de compactação do solo - Edifício Técnico.


1ª 97,0 99,8 95,6 1,25

2ª 96,9 98,1 95,9 0,87

3ª 96,7 99,5 95,4 1,20

4ª 98,0 99,7 96,3 1,29

5ª 100,4 102,3 99,3 1,13

2.7.2.3 Controlo de Compactação em Bloco Técnico

Com base nos resultados citados na Tabela 7, o único solo que apresenta as

propriedades para aplicação em Bloco Técnico é a amostra 2. Contudo, por indicação da

fiscalização, não se utilizou solo-cimento nos Blocos Técnicos, mas sim agregado-

cimento. A justificativa apresentada para esta mudança foi o facto de um agregado ser

mais homogéneo que um solo. O agregado que foi utilizado estava de acordo com as

especificações do caderno de encargos.

Através de um estudo específico realizado em laboratório, definiu-se a baridade

seca máxima (ϒdmax) igual a 2,29 g/cm³ e teor ótimo em água (Wopt) igual a 6,40%.

O controlo de compactação do agregado-cimento em Bloco Técnico deu-se na

zona da PH (PK 89+725) (Figura 31). Os resultados referentes ao controlo de

compactação estão apresentados nas tabelas 19 e 20.

Figura 31. Aplicação e controlo do agregado-cimento no Bloco Técnico. Imagens obtidas em 15/03/2019.


48

Tabela 19. Resultados médios da baridade húmida e seca e do teor em água por camada - Bloco Técnico.

Camada MÉDIA

Baridade Húmida (kg/m³) MÉDIA

Teor em Água (%) MÉDIA

Baridade Seca (kg/m³)

1ª 2386 5,8 2259

2ª 2396 5,9 2261

3ª 2393 5,4 2270

4ª 2402 5,5 2277

5ª 2396 5,4 2274

Tabela 20. Resultados do grau de compactação do agregado-cimento - Bloco Técnico.


1ª 98,7 99,4 97,9 0,75

2ª 98,7 99,8 98,2 0,64

3ª 99,1 99,7 98,6 0,48

4ª 99,4 100,4 98,5 0,59

5ª 99,4 100,8 97,9 0,77

Os resultados obtidos evidenciam a conformidade com o caderno de encargos,

com valores de teor em baridade e teor em água muito próximos dos obtidos em

laboratório, e grau de compactação, em média, maior que 98% por camada.


49

3. CONCLUSÕES

Tendo como objetivo a caracterização geológico-geotécnica de seis solos através

da realização de ensaios laboratoriais (análise granulométrica, limites de consistência,

equivalente de areia, azul de metileno e ensaio de compactação Proctor) foi possível

determinar a possibilidade de uso de solos em obra ferroviária. Os ensaios de controlo

de compactação in situ permitiram validar a aplicação em obra.

Entre as seis amostras caracterizadas, somente duas apresentaram

características passiveis de aplicabilidade em obra (amostras 2 e 5). A amostra 5,

classificada como SM (d) – Areia Siltosa e A-2-4(0) de acordo com a classificação

rodoviária, cumpre os requisitos do caderno de encargos para aplicação em aterros

homogéneos. Este solo foi aplicado na infra-estrutura da estrutura ferroviária.

Na avaliação do grau de compactação, constatou-se que as 8 camadas

apresentaram médias entre 95% e 98%. O caderno de encargos faz referência a 98% de

compactação para solos do tipo S3, porém, por indicação da fiscalização, aprovou-se as

camadas com grau de compactação maior que 95%. Em relação à diferença entre a

baridade seca máxima e o teor em água obtidos em laboratório e in situ, pode justificar-

se devido a grande heterogeneidade do material.

A amostra 2, classificada como SW-SM – areia bem graduada com silte e A-2-4(0)

de acordo com a classificação rodoviária, foi utilizada na fundação do Edifício Técnico e

poderia ser aplicada também em Bloco Técnico. No Edifício Técnico o grau de

compactação variou entre 96% e 100%, apresentando conformidade com o caderno de

encargos. No Bloco-Técnico optou-se pela utilização do agregado-cimento, que cumpriu

as especificações e apresentou valores de compactação maiores ou iguais a 98%,

valores de compactação que poderiam ser mais difíceis de alcançar com um solo.

De um modo mais geral, verifica-se que os objetivos do estágio foram atingidos

uma vez que a partir dos resultado obtidos através dos ensaios de caracterização

laboratoriais foi possível definir os solos que seriam aplicados na obra de reabilitação de

via ferroviária. Foi ainda possível verificar in situ a conformidade da aplicação dos solos,

ou seja, os objetivos foram cumpridos

Do ponto de vista pessoal, a oportunidade de realização deste estágio curricular

permitiu vivenciar na prática os ensinamentos académicos. Além de aprender, foi possível

praticar os ensaios laboratoriais bem como os ensaios in situ. Também, foi de suma

importância estar inserida em um contexto empresarial.


50

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AFNOR (1990). Granulats. Essai au bleu de méthylêne. Méthode à la tache. NF P 18-

592, Association Française de Normalisation, France.

ALMEIDA, G. C. P. Caracterização física e classificação dos solos. 1 ed. Juiz de Fora:

Universidade Federal de Juiz de Fora, 2005. 132 p.

AMERICAN NATIONAL STANDARD – ASTM – D2487 (1985). ASTM D 2487-85:

Standard Classifications of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil

Classification System).

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS – ASTM - D6938 (2017). ASTM

D 6837-17: Standard Test Method for In-Place Density and Water Content of Soil and

Soil-Aggregate by Nuclear Methods (Shallow Depth).

AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION

OFFICIALS - AASHTO (1987). M145 – The Classification of Soils and Soil-Aggregate

Mixtures for Highway Construction Purposes.

CADERNO DE ENCARGOS. Linha do Minho troço Viana do Castelo/Valença-

fronteira: Projeto de Execução, Volume 4, Tomo 1. Lisboa: IP Engenharia, 2017. 156

p.

CAPUTO, H. P., Mecânica dos Solos e Suas Aplicações: Fundamentos. 6 ed. Rio de

Janeiro: LTC – Livros Técnico e Científicos Editora S.A., 1988. 244p.

CHIOSSI, Nivaldo. Geologia de engenharia. 3 ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2013.

421 p.

CUNHA, R. A. F. Contribuição para a Metodologia de Estudo de Melhoria de um Solo

com Cimento no Âmbito de uma Obra Rodoviária. Tese de Mestrado. Universidade

Fernando Pessoa, Portugal, 2014.


51

DAS, B M. Fundamentos de engenharia geotécnica. 6 ed. São Paulo: Thomson

Learning, 2007.

DIRECÇÃO-GERAL DE AGRICULTURA DE ENTRE DOURO E MINHO - DRAEDM.

Carta de Solos e Carta da Aptidão da Terra para a agricultura (1:100.000) de Entre

Douro e Minho: memórias. Agroconsultores e Geometral, Lisboa, 1995.

DNIT. Manual de pavimentação. 3 ed. Rio de Janeiro: Instituto de Pesquisas

Rodoviárias, 2006. 274 p.

DRAEDM - AGROCONSULTORES & GEOMETRAL. Carta de Solos e Carta da Aptidão

da Terra de Entre-Douro e Minho, Escala 1:100000. Peças Desenhadas e Memórias

Descritivas. Braga, 1995.

FABBRI, G.T.P. Caracterização da fração fina de solos tropicais através da adsorção

de azul de metileno. 101p. Tese de Doutorado. Escola de Engenharia de São Carlos,

Universidade de São Paulo, Brasil, 1994.

FERNANDES, M. M. Mecânica dos solos. 1 ed. Porto: FEUP, 1994. 619 p.

FERREIRA DA SILVA, A. T. A. Controlo da compactação com recurso a

gamadensímetro – Caso de estudo: ETAR de Castelo Branco. Tese de Mestrado em

Engenharia Geotécnica e Geoambiente, Instituto Superior de Engenharia do Porto, Porto,

Portugal. 2013.

INFRAESTRUTURAS DE PORTUGAL. Rede. Disponível em:

<http://www.infraestruturasdeportugal.pt/>. Acesso em: 20 mar. 2019.

KRYNINE, D. P.; JUDD, W. R. Princípios de geología y geotecnia para ingenieros:

Geología, mecánica del suelo y de las rocas, y otras ciencias geológicas empleadas en

ingeniería civil. 4 ed. Barcelona: Ediciones Omega, 1980. 805 p.

LEMOS, R. C; SANTOS, R. D. Manual de descrição e coleta de solo no campo. 3 ed.

Campinas: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 1996. 84 p.

LNEC (1966). Especificação E 195-1966, Solos – Preparação por via seca de amostras

para ensaios de identificação. Lisboa: Laboratório Nacional de Engenharia Civil.


52

LNEC (1966). Especificação E 197-1966, Solos – Ensaio de compactação. Lisboa:

Laboratório Nacional de Engenharia Civil.

LNEC (1967). Especificação E 198-1967, Solos - Determinação do CBR. Lisboa:

Laboratório Nacional de Engenharia Civil.

LNEC (1967). Especificação E 199-1967, Solos - Ensaio de Equivalente de Areia.

Lisboa: Laboratório Nacional de Engenharia Civil.

LNEC (1970). Especificação E 239-1970, Solos - Análise granulométrica por

peneiração húmida. Lisboa: Laboratório Nacional de Engenharia Civil.

NP (1969). Determinação dos Limites de Consistência, NP-143, Norma Portuguesa e

Especificação do LNEC para solos. Lisboa: Laboratório Nacional da Engenharia Civil.

NP (2016). Ensaios das propriedades mecânicas e físicas dos agregados. Parte 6:

Determinação da massa volúmica e de absorção de água, EN-1097-6, Norma

Portuguesa e Especificação do LNEC para solos. Lisboa: Laboratório Nacional da

Engenharia Civil.

PEREIRA, H. S. A construção da rede ferroviária do Minho (1845-1892). Disponível

em: <ler.letras.up.pt/uploads/ficheiros/8823.pdf>. Acesso em: 22 abr. 2019.

PINTO, C. S. Curso básico de mecânica dos solos. 3 ed. São Paulo: Oficina de Textos,

2006. 363 p.

RIBEIRO, A. et al. Introduction à la géologie générale du Portugal. Lisboa: Serviço

Geológico de Portugal, 1979. 114 p.

SANTOS, J. A. Ensaios de caracterização em solos. Disponível em:

<http://www.civil.ciist.utl.pt/~jaime/capitulo2.pdf.>. Acesso em: 22 nov. 2018.

TEIXEIRA, C.; MEDEIROS, A.; COELHO, A. Carta Geológica de Portugal na escala de

1/50.000: Notícia Explicativa da Folha 5-A – Viana do Castelo. Lisboa: Serviços

Geológicos de Portugal, 1972. 43 p.


53

TEIXEIRA, C.; MEDEIROS, A.; COELHO, A. Carta Geológica de Portugal. 5-A (Viana

do Castelo). Instituto Geográfico e Cadastral, Lisboa, 1970.

TEIXEIRA, C.; ASSUNÇÃO, C. T. Carta Geológica de Portugal na escala 1/50.000:

Notícia Explicativa da Folha 1-C – Caminha. Lisboa: Serviços Geológicos de Portugal,

1961. 41 p.

TEIXEIRA, C.; ASSUNÇÃO, C. T. Carta Geológica de Portugal. 1-C (Caminha). Instituto

Geográfico e Cadastral, Lisboa, 1961.

TROXLER ELECTRONIC LABORATORIES, I. (s.d.). Road Reader Nuclear Density

Gauges, Models 3430 & 3440. USA.

VALLEJO, L. G. D. et al. Ingeniería geológica. 1 ed. Madrid: Pearson Educación, 2002.

744 p.

VARGAS, M. Introdução à mecânica dos solos. 1 ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1977.

509 p.

VILLIBOR, D. F. et al. Pavimentos de baixo custo para vias urbanas: Bases alterativas

com solos lateríticos. 2 ed. São Paulo: Arte & Ciência, 2009. 196 p.


ANEXOS

Anexo I – Boletim de Análise Granulométrica (Amostra 5)


Anexo II – Boletim de ensaio de Limites de Consistência (Amostra 5)


Anexo III – Boletim de ensaio de Equivalente de Areia (Amostra 5)


Anexo IV – Boletim de ensaio da determinação do valor de Azul de Metileno

(Amostra 5)


Anexo V – Boletim de ensaio da Classificação Unificada (Amostra 5)


Anexo VI – Boletim de ensaio de compactação Proctor (Amostra 5)


Anexo VII – Boletim de ensaio para determinação da Massa Volúmica e da

Absorção de Água (Amostra 5)


Anexo VIII – Boletim de ensaios de correção do ensaio de compactação Proctor

(Amostra 5)


Anexo IX – Boletim de ensaio de determinação do CBR (Amostra 5)


Anexo X – Boletim de ensaio de controlo de compactação com Gamadensímetro

(Amostra 5)

caracterização geológico-geotécnica de solos para aplicação em … · according to standard...

Documents